Question

2．在高能粒子研究中，往往要把一束含有大量質(zhì)子和α粒子的混合粒子分離開，如圖初速度可忽略的質(zhì)子和α粒子，經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后，進(jìn)入分離區(qū)．如果在分離區(qū)使用勻強(qiáng)電場(chǎng)或勻強(qiáng)磁場(chǎng)把粒子進(jìn)行分離，所加磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，所加電場(chǎng)方向豎直向下，則下列可行的方法是（　�。�

• A． 只能用電場(chǎng)
• B． 只能用磁場(chǎng)
• C． 電場(chǎng)和磁場(chǎng)都可以
• D． 電場(chǎng)和磁場(chǎng)都不可以

Answer 1

分析 帶電粒子加速后垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中將做類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析帶電粒子偏轉(zhuǎn)距離，而偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑不同區(qū)分的，根據(jù)這個(gè)原理逐項(xiàng)分析即可．

解答 解：在加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理得：qU=$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$
若分離區(qū)加豎直向下的電場(chǎng)：
  設(shè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的寬度為L(zhǎng)，則在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)有：
沿電場(chǎng)方向 y=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$=$\frac{1}{2}•\frac{qE}{m}•（\frac{L}{{v}_{0}}）^{2}$=$\frac{qE{L}^{2}}{2m{v}_{0}^{2}}$
聯(lián)立得粒子在分離區(qū)偏轉(zhuǎn)距離 y=$\frac{E{L}^{2}}{4U}$，可知：加速電壓U相同，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的E和L相同，y相同，所以不能將質(zhì)子和α粒子進(jìn)行分離．
若分離區(qū)加垂直紙面向里的磁場(chǎng)：
粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)，軌跡半徑 r=$\frac{m{v}_{0}}{qB}$=$\frac{1}{B}\sqrt{\frac{2mU}{q}}$，由于質(zhì)子和α粒子的比荷不同，運(yùn)動(dòng)的半徑r也不同，所以能將兩種粒子分離．故ACD錯(cuò)誤，B正確．
故選：B．

點(diǎn)評(píng) 解答本題的關(guān)鍵是知道偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)分粒子的原理，帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中將做類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)打到下接板的位置區(qū)分帶電粒子，而偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑不同區(qū)分的．